في الميكانيكا الكلاسيكية، تسمى حالة الجسم الذي يتحرك بحرية في مجال الجاذبية السقوط الحر. إذا سقط جسم ما في الغلاف الجوي، فإنه يتعرض لقوة سحب إضافية وتعتمد حركته ليس فقط على تسارع الجاذبية، ولكن أيضًا على كتلته ومقطعه العرضي وعوامل أخرى. ومع ذلك، فإن الجسم الذي يسقط في الفراغ يخضع لقوة واحدة فقط، وهي الجاذبية.

ومن أمثلة السقوط الحر السفن الفضائية والأقمار الصناعية التي تدور في مدار أرضي منخفض، لأن القوة الوحيدة المؤثرة عليها هي الجاذبية. الكواكب التي تدور حول الشمس هي أيضًا في حالة سقوط حر. يمكن أيضًا اعتبار الأجسام التي تسقط على الأرض بسرعة منخفضة سقوطًا حرًا، حيث أن مقاومة الهواء في هذه الحالة لا تذكر ويمكن إهمالها. إذا كانت القوة الوحيدة المؤثرة على الأجسام هي الجاذبية ولا توجد مقاومة للهواء، فإن التسارع هو نفسه لجميع الأجسام ويساوي تسارع الجاذبية على سطح الأرض 9.8 متر في الثانية في الثانية (م/ث²) أو 32.2 قدم في الثانية في الثانية (قدم/ث²). وعلى سطح الأجسام الفلكية الأخرى، سيكون تسارع الجاذبية مختلفًا.

يقول القفز بالمظلات، بالطبع، أنه قبل فتح المظلة يكونون في حالة سقوط حر، ولكن في الواقع لا يمكن للمظلي أن يكون في حالة سقوط حر أبدًا، حتى لو لم تفتح المظلة بعد. نعم، يتأثر المظلي في "السقوط الحر" بقوة الجاذبية، لكنه يتأثر أيضًا بالقوة المعاكسة - مقاومة الهواء، وقوة مقاومة الهواء أقل بقليل من قوة الجاذبية.

إذا لم تكن هناك مقاومة للهواء، فإن سرعة الجسم في السقوط الحر تزيد بمقدار 9.8 م/ث كل ثانية.

يتم حساب سرعة ومسافة الجسم الذي يسقط سقوطاً حراً كما يلي:

الخامس₀ - السرعة الأولية (م/ث).

الخامس- السرعة العمودية النهائية (م/ث).

ح₀ - الارتفاع الأولي (م).

ح- ارتفاع السقوط (م).

ر- وقت (ق) الخريف.

ز- تسارع السقوط الحر (9.81 م/ث2 عند سطح الأرض).

لو الخامس₀=0 و ح₀=0، لدينا:

إذا كان زمن السقوط الحر معروفاً:

إذا كانت مسافة السقوط الحر معروفة:

إذا كانت السرعة النهائية للسقوط الحر معروفة:

يتم استخدام هذه الصيغ في آلة حاسبة السقوط الحر هذه.

في حالة السقوط الحر، عندما لا يكون هناك قوة لدعم الجسم، انعدام الوزن. انعدام الوزن هو غياب القوى الخارجية المؤثرة على الجسم من الأرض والكرسي والطاولة والأشياء المحيطة الأخرى. وبعبارة أخرى، دعم قوى رد الفعل. عادةً ما تعمل هذه القوى في اتجاه عمودي على سطح التلامس مع الدعامة، وفي أغلب الأحيان عموديًا إلى الأعلى. ويمكن تشبيه انعدام الوزن بالسباحة في الماء، ولكن بطريقة لا يشعر فيها الجلد بالماء. يعلم الجميع هذا الشعور بوزنك عندما تذهب إلى الشاطئ بعد السباحة لفترة طويلة في البحر. ولهذا السبب يتم استخدام برك المياه لمحاكاة انعدام الوزن عند تدريب رواد الفضاء ورواد الفضاء.

لا يمكن لحقل الجاذبية نفسه أن يخلق ضغطًا على جسمك. لذلك، إذا كنت في حالة سقوط حر في جسم كبير (على سبيل المثال، في طائرة)، وهو أيضًا في هذه الحالة، فلا توجد قوى خارجية للتفاعل بين الجسم والدعم تعمل على جسمك والشعور ينشأ انعدام الوزن، كما هو الحال تقريبًا في الماء.

طائرات للتدريب في ظروف انعدام الجاذبيةمصممة لخلق انعدام الوزن على المدى القصير بغرض تدريب رواد الفضاء ورواد الفضاء، وكذلك لإجراء تجارب مختلفة. هذه الطائرات كانت ولا تزال قيد الاستخدام في العديد من البلدان. لفترات قصيرة من الزمن، تدوم حوالي 25 ثانية كل دقيقة طيران، تكون الطائرة في حالة انعدام الوزن، مما يعني عدم وجود رد فعل أرضي للركاب.

تم استخدام طائرات مختلفة لمحاكاة انعدام الوزن: في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية وروسيا، تم استخدام طائرات الإنتاج المعدلة Tu-104AK، Tu-134LK، Tu-154MLK وIl-76MDK لهذا الغرض منذ عام 1961. في الولايات المتحدة، تدرب رواد الفضاء منذ عام 1959 على طائرات AJ-2 وC-131 وKC-135 وبوينغ 727-200 المعدلة. وفي أوروبا، يستخدم المركز الوطني لأبحاث الفضاء (CNES، فرنسا) طائرة إيرباص A310 للتدريب على انعدام الجاذبية. يتكون التعديل من تعديل الوقود والأنظمة الهيدروليكية وبعض الأنظمة الأخرى من أجل ضمان عملها الطبيعي في ظروف انعدام الوزن على المدى القصير، بالإضافة إلى تقوية الأجنحة حتى تتمكن الطائرة من تحمل التسارع المتزايد (حتى 2G).

على الرغم من أنه في بعض الأحيان عند وصف ظروف السقوط الحر أثناء الطيران الفضائي في مدار حول الأرض يتحدثون عن غياب الجاذبية، إلا أن الجاذبية بالطبع موجودة في أي مركبة فضائية. ما ينقص هو الوزن، أي قوة رد الفعل الداعم على الأجسام الموجودة في المركبة الفضائية، والتي تتحرك عبر الفضاء بنفس تسارع الجاذبية، وهو أقل قليلاً فقط من تسارع الأرض. على سبيل المثال، في المدار الأرضي الذي يبلغ ارتفاعه 350 كيلومترًا والذي تدور فيه محطة الفضاء الدولية (ISS) حول الأرض، يبلغ تسارع الجاذبية 8.8 م/ث²، وهو أقل بنسبة 10% فقط من سطح الأرض.

لوصف التسارع الفعلي لجسم ما (طائرة عادة) نسبة إلى تسارع الجاذبية على سطح الأرض، عادة ما يستخدم مصطلح خاص - الزائد. إذا كنت مستلقيًا أو جالسًا أو واقفًا على الأرض، فإن جسمك يخضع لقوة تبلغ 1 جرام (أي لا يوجد شيء). إذا كنت على متن طائرة تقلع، فسوف تشعر بحوالي 1.5 جي. إذا قامت نفس الطائرة بدورة منسقة في نطاق ضيق، فقد يشعر الركاب بما يصل إلى 2 جرام، مما يعني أن وزنهم قد تضاعف.

اعتاد الناس على العيش في ظروف لا يوجد فيها حمل زائد (1 جم)، لذا فإن أي حمل زائد له تأثير قوي على جسم الإنسان. تمامًا كما هو الحال في طائرات المختبرات ذات الجاذبية الصفرية، والتي يجب فيها تعديل جميع أنظمة التعامل مع السوائل لتعمل بشكل صحيح في ظل ظروف انعدام الجاذبية وحتى الظروف السلبية، يحتاج البشر أيضًا إلى المساعدة و"تعديل" مماثل للبقاء على قيد الحياة في مثل هذه الظروف. يمكن لشخص غير مدرب أن يفقد وعيه عند زيادة الحمل بمقدار 3-5 جرام (حسب اتجاه الحمل الزائد)، لأن مثل هذا الحمل الزائد يكفي لحرمان الدماغ من الأكسجين، لأن القلب لا يستطيع تزويده بما يكفي من الدم. وفي هذا الصدد، يتدرب الطيارون العسكريون ورواد الفضاء على أجهزة الطرد المركزي في ظروف التحميل الزائد العاليةلمنع فقدان الوعي خلالها. لمنع فقدان الرؤية والوعي على المدى القصير، والذي يمكن أن يكون مميتًا في ظل ظروف العمل، يرتدي الطيارون ورواد الفضاء ورواد الفضاء بدلات تعويض الارتفاع، والتي تحد من تدفق الدم من الدماغ أثناء الحمل الزائد عن طريق ضمان ضغط موحد على كامل الجسم. سطح جسم الإنسان.

أخذ أنبوبين زجاجيين، يُطلق عليهما أنابيب نيوتن، وضخ الهواء منهما (الشكل 1). ثم قام بقياس زمن سقوط كرة ثقيلة وريشة خفيفة في هذه الأنابيب. اتضح أنهم يسقطون في نفس الوقت.

نرى أنه إذا قمنا بإزالة مقاومة الهواء، فلن يمنع أي شيء الريشة أو الكرة من السقوط - فسوف يسقطان بحرية. وهذه الخاصية هي التي شكلت الأساس لتعريف السقوط الحر.

السقوط الحر هو حركة الجسم فقط تحت تأثير الجاذبية، في غياب القوى الأخرى.

ما هو السقوط الحر مثل؟ إذا قمت برفع أي جسم ثم حررته، فإن سرعة الجسم ستتغير، مما يعني أن الحركة تتسارع، بل وتتسارع بشكل منتظم.

لأول مرة، صرح جاليليو جاليلي وأثبت أن السقوط الحر للأجسام يتسارع بشكل منتظم. وقام بقياس التسارع الذي تتحرك به هذه الأجسام، وهو ما يسمى بتسارع الجاذبية الأرضية، وهو يقارب 9.8 م/ث2.

وبالتالي، فإن السقوط الحر هو حالة خاصة من الحركة المتسارعة بشكل منتظم. وهذا يعني أن جميع المعادلات التي تم الحصول عليها صالحة لهذه الحركة:

لإسقاط السرعة: V x = V 0x + a x t

لإسقاط الإزاحة: S x = V 0x t + a x t 2 /2

تحديد موضع الجسم في أي وقت: x(t) = x 0 + V 0x t + a x t 2 /2

x تعني أن حركتنا مستقيمة، على طول المحور x، الذي اخترناه تقليديًا أفقيًا.

إذا تحرك الجسم عموديًا، فمن المعتاد الإشارة إلى المحور الصادي ونحصل على (الشكل 2):

أرز. 2. حركة الجسم العمودية ()

تأخذ المعادلات الصيغة التالية المتطابقة تمامًا، حيث g هو تسارع السقوط الحر، وh هو الإزاحة في الارتفاع. تصف هذه المعادلات الثلاث كيفية حل المشكلة الميكانيكية الرئيسية في حالة السقوط الحر.

يتم رمي الجسم عموديًا إلى الأعلى بسرعة ابتدائية V 0 (الشكل 3). دعونا نجد الارتفاع الذي تم رمي الجسم إليه. دعونا نكتب معادلة حركة هذا الجسم:

أرز. 3. مهمة نموذجية ()

أتاحت لنا معرفة أبسط المعادلات إيجاد الارتفاع الذي يمكننا رمي الجسم إليه.

ويعتمد مقدار تسارع الجاذبية على خط العرض الجغرافي للمنطقة، ويبلغ الحد الأقصى عند القطبين والحد الأدنى عند خط الاستواء. بالإضافة إلى ذلك، يعتمد تسارع السقوط الحر على تركيبة القشرة الأرضية تحت المكان الذي نحن فيه. إذا كانت هناك رواسب من المعادن الثقيلة، فستكون قيمة G أكبر قليلا، إذا كانت هناك فراغات هناك، فستكون أقل قليلا. يستخدم الجيولوجيون هذه الطريقة لتحديد رواسب الخامات الثقيلة أو الغازات أو النفط، وتسمى قياس الجاذبية.

إذا أردنا أن نصف بدقة حركة الجسم الساقط على سطح الأرض، فيجب أن نتذكر أن مقاومة الهواء لا تزال موجودة.

قفز الفيزيائي الباريسي لينورماند في القرن الثامن عشر، بعد أن قام بتأمين أطراف إبر الحياكة بمظلة عادية، من سطح المنزل. وشجعه نجاحه على صنع مظلة خاصة بمقعد وقفز من برج في مدينة مونتيلييه. أطلق على اختراعه اسم المظلة، والتي تعني بالفرنسية "مضادة للسقوط".

كان جاليليو جاليلي أول من أظهر أن الوقت الذي يسقط فيه الجسم على الأرض لا يعتمد على كتلته، بل يتحدد بخصائص الأرض نفسها. على سبيل المثال، استشهد بمناقشة حول سقوط جسم له كتلة معينة خلال فترة من الزمن. عندما ينقسم هذا الجسم إلى نصفين متماثلين يبدأان بالسقوط، لكن إذا كانت سرعة سقوط الجسم وزمن السقوط يعتمدان على الكتلة، فيجب أن يسقطا بشكل أبطأ، ولكن كيف؟ بعد كل شيء، لم تتغير كتلتها الإجمالية. لماذا؟ ربما النصف يمنع النصف الآخر من السقوط؟ وصلنا إلى تناقض، وهو أن الافتراض بأن سرعة السقوط تعتمد على كتلة الجسم هو افتراض غير عادل.

وبذلك نصل إلى التعريف الصحيح للسقوط الحر.

السقوط الحر هو حركة الجسم فقط تحت تأثير الجاذبية. ولا توجد قوى أخرى تؤثر على الجسم.

لقد اعتدنا على استخدام قيمة تسارع الجاذبية البالغة 9.8 م/ث 2، وهي القيمة الأكثر ملائمة لعلم وظائف الأعضاء لدينا. نحن نعلم أن تسارع الجاذبية سيختلف اعتمادًا على الموقع الجغرافي، لكن هذه التغييرات غير مهمة. ما هي القيم التي يتخذها تسارع الجاذبية على الأجرام السماوية الأخرى؟ كيف يمكن التنبؤ بما إذا كان الشخص يستطيع العيش بشكل مريح هناك؟ دعونا نتذكر صيغة السقوط الحر (الشكل 4):

أرز. 4. جدول تسارع السقوط الحر على الكواكب ()

كلما زاد حجم الجسم السماوي، كلما زاد تسارع السقوط الحر عليه، كلما زاد استحالة وجود جسم بشري عليه. وبمعرفة تسارع الجاذبية على الأجرام السماوية المختلفة يمكننا تحديد متوسط ​​كثافة هذه الأجرام السماوية، وبمعرفة متوسط ​​الكثافة يمكننا التنبؤ بما تتكون هذه الأجرام، أي تحديد بنيتها.

النقطة المهمة هي أن قياس تسارع الجاذبية في نقاط مختلفة على الأرض يعد وسيلة قوية للاستكشاف الجيولوجي. وبهذه الطريقة، وبدون حفر الثقوب، وبدون حفر الآبار أو المناجم، يمكنك تحديد وجود المعادن في سمك القشرة الأرضية. الطريقة الأولى هي قياس تسارع الجاذبية باستخدام موازين زنبركية جيولوجية، وهي ذات حساسية هائلة تصل إلى جزء من المليون من الجرام (الشكل 5).

الطريقة الثانية هي استخدام بندول رياضي دقيق للغاية، لأنه بمعرفة فترة تذبذب البندول، يمكنك حساب تسارع السقوط الحر: كلما كانت الفترة أقصر، زاد تسارع السقوط الحر. وهذا يعني أنه من خلال قياس تسارع الجاذبية في نقاط مختلفة على الأرض باستخدام بندول دقيق للغاية، يمكنك معرفة ما إذا كان قد أصبح أكبر أم أصغر.

ما هو المعيار لحجم تسارع الجاذبية؟ الكرة الأرضية ليست كرة مثالية، ولكنها مجسم جيودي، أي أنها مفلطحة قليلاً عند القطبين. وهذا يعني أن قيمة تسارع الجاذبية عند القطبين ستكون أكبر مما هي عليه عند خط الاستواء، وعند خط الاستواء يكون ضئيلًا، ولكن عند نفس خط العرض يجب أن يكون هو نفسه. وهذا يعني أنه من خلال قياس تسارع الجاذبية في نقاط مختلفة ضمن نفس خط العرض، يمكننا الحكم من خلال تغيرها على وجود حفريات معينة. وتسمى هذه الطريقة بالتنقيب الوزني، وبفضلها تم اكتشاف رواسب النفط في كازاخستان وغرب سيبيريا.

إن وجود المعادن أو رواسب المواد الثقيلة أو الفراغات يمكن أن يؤثر ليس فقط على حجم تسارع الجاذبية، ولكن أيضًا على اتجاهه. فإذا قمنا بقياس تسارع الجاذبية بالقرب من جبل كبير، فإن هذا الجسم الضخم سيؤثر على اتجاه تسارع الجاذبية، لأنه سيجذب أيضاً البندول الرياضي، وهي الطريقة التي نقيس بها تسارع الجاذبية.

فهرس

1. تيخوميروفا إس إيه، يافورسكي بي إم. الفيزياء (المستوى الأساسي) - م: منيموسين، 2012.
2. جيندنشتاين إل إي، ديك يو.آي. الفيزياء الصف العاشر. - م: منيموسين، 2014.
3. كيكوين آي كيه، كيكوين إيه كيه. الفيزياء - 9، موسكو، التعليم، 1990.

العمل في المنزل

1. ما نوع الحركة التي تعتبر السقوط الحر؟
2. ما هي مميزات السقوط الحر؟
3. ما هي التجربة التي تبين أن جميع الأجسام الموجودة على الأرض تسقط بنفس التسارع؟

1. بوابة الإنترنت Class-fizika.narod.ru ().
2. بوابة الإنترنت Nado5.ru ().
3. بوابة الإنترنت Fizika.in ().

من المعروف أن كوكب الأرض يجذب أي جسم إلى جوهره باستخدام ما يسمى مجال الجاذبية. وهذا يعني أنه كلما زادت المسافة بين الجسم وسطح كوكبنا، زاد التأثير عليه، وكان أكثر وضوحًا.

الجسم الذي يسقط عموديًا إلى أسفل يظل خاضعًا للقوة المذكورة أعلاه، والتي بسببها سوف يسقط الجسم بالتأكيد إلى أسفل. ويبقى السؤال: كم ستكون سرعته عند السقوط؟ من ناحية، يتأثر الكائن بمقاومة الهواء، وهي قوية جدًا، من ناحية أخرى، ينجذب الجسم بقوة أكبر إلى الأرض، كلما ابتعد عنها. من الواضح أن الأول سيكون عائقًا ويقلل السرعة، والثاني سيعطي تسارعًا ويزيد السرعة. وهكذا يطرح سؤال آخر: هل السقوط الحر ممكن في ظل الظروف الأرضية؟ بالمعنى الدقيق للكلمة، الأجسام ممكنة فقط في الفراغ، حيث لا يوجد أي تدخل في شكل مقاومة تدفق الهواء. ومع ذلك، في إطار الفيزياء الحديثة، يعتبر السقوط الحر للجسم بمثابة حركة رأسية لا تواجه أي تداخل (يمكن إهمال مقاومة الهواء في هذه الحالة).

بيت القصيد هو أنه من الممكن فقط خلق الظروف التي لا يتأثر فيها الجسم المتساقط بقوى أخرى، ولا سيما نفس الهواء، بشكل مصطنع. ثبت تجريبيا أن سرعة السقوط الحر للجسم في الفراغ تساوي دائما نفس العدد، بغض النظر عن وزن الجسم. وتسمى هذه الحركة متسارعة بشكل موحد. تم وصفه لأول مرة من قبل الفيزيائي والفلكي الشهير جاليليو جاليلي منذ أكثر من 4 قرون. أهمية هذه الاستنتاجات لم تفقد قوتها حتى يومنا هذا.

كما ذكرنا سابقًا، فإن السقوط الحر للجسم في إطار الحياة اليومية هو اسم مشروط وليس صحيحًا تمامًا. وفي الواقع، فإن سرعة السقوط الحر لأي جسم تكون متفاوتة. يتحرك الجسم بتسارع، ولهذا توصف هذه الحركة بأنها حالة خاصة الحركة المتسارعة بشكل موحد.بمعنى آخر، ستتغير سرعة الجسم في كل ثانية. وبأخذ هذه الجملة في الاعتبار، يمكننا إيجاد سرعة السقوط الحر للجسم. إذا لم نمنح الكائن تسارعًا (أي أننا لا نرميه، بل نخفضه ببساطة من ارتفاع)، فستكون سرعته الأولية مساوية للصفر: Vo = 0. مع كل ثانية، ستزداد السرعة بما يتناسب مع التسارع: gt.

من المهم التعليق على إدخال المتغير g هنا. هذا هو تسارع السقوط الحر. سبق أن لاحظنا وجود تسارع عند سقوط الجسم في الظروف العادية، أي. في وجود الهواء وتحت تأثير الجاذبية. يسقط أي جسم على الأرض بعجلة تساوي 9.8 م/ث2، بغض النظر عن كتلته.

الآن، مع أخذ هذا التحذير في الاعتبار، نستنتج صيغة من شأنها أن تساعد في حساب سرعة السقوط الحر للجسم:

أي أنه إلى السرعة الأولية (إذا نقلناها إلى الجسم عن طريق الرمي أو الدفع أو أي تلاعب آخر) نضيف حاصل ضرب عدد الثواني التي استغرقها الجسم للوصول إلى السطح. إذا كانت السرعة الأولية صفر، فإن الصيغة تأخذ الشكل:

وهذا هو ببساطة نتاج تسارع الجاذبية والزمن.

وبالمثل، بمعرفة سرعة السقوط الحر لجسم ما، يمكنك استنتاج زمن حركته أو سرعته الأولية.

يجب أيضًا التمييز بين صيغة حساب السرعة، لأنه في هذه الحالة ستعمل القوى التي ستبطئ تدريجيًا سرعة حركة الجسم الذي تم إلقاؤه.

وفي الحالة التي تناولناها فإن الجسم يتأثر فقط بقوة الجاذبية ومقاومة تدفقات الهواء، والتي لا تؤثر بشكل عام على التغير في السرعة.

السقوط الحر هو حركة الأجسام فقط تحت تأثير الجاذبية الأرضية (تحت تأثير الجاذبية)

في ظل ظروف الأرض، يعتبر سقوط الجثث حرا مشروطا، لأنه عندما يسقط جسم في الهواء، توجد دائمًا قوة مقاومة للهواء.

السقوط الحر المثالي ممكن فقط في الفراغ، حيث لا توجد مقاومة للهواء، وبغض النظر عن الكتلة والكثافة والشكل، فإن جميع الأجسام تسقط بسرعة متساوية، أي في أي لحظة من الزمن يكون للأجسام نفس السرعات والتسارع اللحظية.

يمكنك ملاحظة السقوط الحر المثالي للأجسام في أنبوب نيوتن إذا قمت بضخ الهواء منه باستخدام مضخة.

وفي مزيد من الاستدلال وعند حل المشكلات، نهمل قوة الاحتكاك مع الهواء ونعتبر أن سقوط الأجسام في الظروف الأرضية هو سقوط حر مثالي.

تسارع الجاذبية

أثناء السقوط الحر، تكتسب جميع الأجسام القريبة من سطح الأرض، بغض النظر عن كتلتها، نفس التسارع، الذي يسمى تسارع الجاذبية.
رمز تسارع الجاذبية هو g.

تسارع الجاذبية على الأرض يساوي تقريبًا:
ز = 9.81 م/ث2.

يتم توجيه تسارع الجاذبية دائمًا نحو مركز الأرض.

بالقرب من سطح الأرض، يعتبر مقدار قوة الجاذبية ثابتًا، وبالتالي فإن السقوط الحر لجسم ما هو حركة الجسم تحت تأثير قوة ثابتة. ولذلك، فإن السقوط الحر هو حركة متسارعة بشكل منتظم.

إن متجه الجاذبية وتسارع السقوط الحر الناتج عنه يتم توجيههما دائمًا بنفس الطريقة.

تنطبق جميع صيغ الحركة المتسارعة بشكل منتظم على الأجسام التي تسقط سقوطًا حرًا.

مقدار سرعة السقوط الحر للجسم في أي وقت :

حركة الجسد:

في هذه الحالة، بدلا من التسارع أ،يتم إدخال تسارع الجاذبية في صيغ الحركة المتسارعة بشكل موحد ز=9.8 م/ث2.

في ظل ظروف السقوط المثالي، تصل الأجسام التي تسقط من نفس الارتفاع إلى سطح الأرض، بنفس السرعات وتقضي نفس الوقت في السقوط.

في حالة السقوط الحر المثالي، يعود الجسم إلى الأرض بسرعة تساوي مقدار السرعة الأولية.

زمن سقوط الجسم يساوي الزمن الذي يتحرك فيه لأعلى من لحظة الرمية إلى التوقف الكامل عند أعلى نقطة في الرحلة.

فقط عند قطبي الأرض تسقط الأجسام عموديًا بشكل صارم. وفي جميع النقاط الأخرى من الكوكب، ينحرف مسار الجسم المتساقط نحو الشرق بسبب قوة كاريوليس التي تنشأ في الأنظمة الدوارة (أي يتأثر تأثير دوران الأرض حول محورها).

هل تعرف

ما هو سقوط الأجساد في الظروف الحقيقية؟

إذا قمت بإطلاق النار من مسدس عموديًا إلى أعلى، فمع الأخذ في الاعتبار قوة الاحتكاك بالهواء، فإن الرصاصة التي تسقط بحرية من أي ارتفاع ستكتسب سرعة لا تزيد عن 40 م/ث على الأرض.

في الظروف الحقيقية، وبسبب وجود قوة الاحتكاك مع الهواء، تتحول الطاقة الميكانيكية للجسم جزئيًا إلى طاقة حرارية. ونتيجة لذلك، فإن الحد الأقصى لارتفاع ارتفاع الجسم أقل مما يمكن أن يكون عند التحرك في مساحة خالية من الهواء، وفي أي نقطة في المسار أثناء النزول، تكون السرعة أقل من السرعة عند الصعود.

في حالة وجود الاحتكاك، يكون للأجسام الساقطة تسارع يساوي g فقط في اللحظة الأولى للحركة. ومع زيادة السرعة، يقل التسارع، وتكون حركة الجسم منتظمة.

افعلها بنفسك

كيف تتصرف الأجسام المتساقطة في الظروف الحقيقية؟

خذ قرصًا صغيرًا مصنوعًا من البلاستيك أو الورق المقوى السميك أو الخشب الرقائقي. قطع قرص من نفس القطر من الورق العادي. ارفعهم مع الإمساك بهم بأيدي مختلفة إلى نفس الارتفاع ثم حررهم في نفس الوقت. سوف يسقط القرص الثقيل بشكل أسرع من القرص الخفيف. عند السقوط، يتأثر كل قرص في وقت واحد بقوتين: قوة الجاذبية وقوة مقاومة الهواء. في بداية السقوط تكون قوة الجاذبية الناتجة وقوة مقاومة الهواء أكبر بالنسبة للجسم ذو الكتلة الأكبر ويكون تسارع الجسم الأثقل أكبر. ومع زيادة سرعة الجسم تزداد قوة مقاومة الهواء وتصبح تدريجياً مساوية لقوة الجاذبية، وتبدأ الأجسام الساقطة في التحرك بشكل متساوي ولكن بسرعات مختلفة (الجسم الأثقل تكون سرعته أعلى).
على غرار حركة القرص المتساقط، يمكن للمرء أن يفكر في حركة سقوط المظلي عند القفز من طائرة من ارتفاع كبير.

ضع قرصًا ورقيًا خفيفًا على قرص بلاستيكي أو خشب رقائقي أثقل، وارفعه إلى ارتفاع ثم حرره في نفس الوقت. في هذه الحالة سوف يسقطون في نفس الوقت. هنا، تعمل مقاومة الهواء فقط على القرص السفلي الثقيل، وتضفي الجاذبية تسارعًا متساويًا على الأجسام، بغض النظر عن كتلتها.

مزحة تقريبًا

أخذ الفيزيائي الباريسي لينورماند، الذي عاش في القرن الثامن عشر، مظلات المطر العادية، وقام بتأمين أطراف المتحدث وقفز من سطح المنزل. وبعد ذلك، شجعه نجاحه، فصنع مظلة خاصة بمقعد من الخيزران واندفع من البرج في مونبلييه. أدناه كان محاطًا بالمشاهدين المتحمسين. ما اسم مظلتك؟ المظلة! - أجاب لينورماند (الترجمة الحرفية لهذه الكلمة من الفرنسية هي "ضد السقوط").

مثير للاهتمام

إذا قمت بالحفر في الأرض ورميت حجرًا هناك، ماذا سيحدث للحجر؟
سوف يسقط الحجر، ويلتقط السرعة القصوى في منتصف المسار، ثم يطير أكثر بالقصور الذاتي ويصل إلى الجانب الآخر من الأرض، وستكون سرعته النهائية مساوية للسرعة الأولية. يتناسب تسارع السقوط الحر داخل الأرض مع المسافة إلى مركز الأرض. سيتحرك الحجر مثل الوزن على الزنبرك، وفقًا لقانون هوك. إذا كانت السرعة الأولية للحجر صفرًا، فإن فترة تذبذب الحجر في العمود تساوي فترة دوران القمر الصناعي بالقرب من سطح الأرض، بغض النظر عن كيفية حفر العمود المستقيم: من خلال المركز من الأرض أو على طول أي وتر.